网络虚拟实验室的研究和设计
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摘要:虚拟实验室是目前实践教学的热点,本来阐述了基于虚拟仪器技术的网络虚拟实验的特点,并对网络虚拟实验室的构建进行了设计。
关键字:虚拟仪器网络虚拟实验室
中图分类号:TP391.9文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2010) 09-0000-02
Network Virtual Lab Research and Design
An Junlin
(Chongqing CYIT Communication Technologies Co.,Ltd.,Chongqing400065,China)
Abstract:Virtual laboratory is the focus of teaching practice, originally described based on virtual instrument technology,the characteristics of virtual experiments,online Virtual Laboratory for the design.
Keywords:Virtual Instrument Internet Virtual Laboratory
虚拟实验室,亦称合实验室,最早由美国弗吉尼亚大学的威廉•沃尔夫教授于1989年提出的。它描述了一个计算机网络化的虚拟实验室环境,致力于构筑一个综合不同工具和技术的信息化、网络化的集成环境。在这个环境里,用户可以非常有效的利用世界上分布的各种数据、信息、仪器设备及人力等资源。用现代计算机网络技术研究虚拟实验室及其在实践教学及远程教学中的应用,已成为近几年国内外实验教学和远程教学的研究热点。
一、基于虚拟仪器技术的网络虚拟实验
在网络教学的条件下,理工科实验要使用的大量的专业实验仪器都无法被学生使用,而使用虚拟仪器技术可以在屏幕上提供给学生多种专业实验仪器来完成实验。虚拟仪器技术具有高效、易用、开放、灵活、更新快、功能强大、性价比高、用户定义等诸多优点。
网络教学条件下,我们也可以在服务器端放置大量的实验教学需要的虚拟仪器软件包。学生可以通过网络来访问服务器,下载软件包进行实验或直接在服务器提供的实验交互界面上进行实验。
二、网络虚拟实验室特点
(一)可降低科研成本和节省研究经费
并能够充分发挥现有科学仪器的作用,提高使用效率,尤其是通过联网后能实现大型科学仪器的资源共享,避免了大型仪器设备的重复添置、购买和浪费;
(二)突破了传统实践教学模式受时间、地点的限制
并且可以利用计算机网络网络提高实践教学效率,更好地培养学生独立分析问题、解决问题的能力。进一步提高学生的实践技能;
(三)强调“网络就是实验仪器”的概念
网络在实验中充当了以往由操作台和设备实现的角色。通过建立网络虚拟实验室,远程教育的学习者不必担心缺乏实验条件,也不必为实验到处奔波,他们通过网络中的基于虚拟仪器的虚拟实验环境,同样能够“身临其境”地观察实验现象和进行“实际”操作,甚至和异地的学习者合作进行实验;
(四)鉴于网络虚拟实实验的开放性和共享性
资源的可重复利用率提高,系统组建时间缩短,功能易于扩展和管理,使学生的实验操作机会得以增加,实验范围和科目得以扩大,高新技术在教育领域内的优势可以充分发挥出来。
三、网络虚拟实验室系统架构
基于网络的虚拟实验系统架构上主要有两种架构:C/S架构和B/S架构。
(一)C/S架构方式
C/S结构是一种分布式计算模式。在C/S结构的系统中,应用程序被划分为两大部分:一部分是由多个用户共享的信息与功能,这部分称为服务器;另一部分是为每个用户所专用,称为客户部分。客户部分负责执行前台功能,如管理用户接口、数据处理和报告请求等;而服务器部分执行后台服务,如管理共享外设、控制对共享数据库的操纵、接受并应答客户机的请求等。
传统的二层C/S体系结构在单一数据库且有安全性和快速性保障的局域网环境下运行,因而得到了广泛的应用。不足主要体现在:程序开发量大,系统维护困难,客户机的负担过重,成本增加以及系统的安全性难以得到保障等。
(二)B/S架构方式
在B/S结构的系统中,用户可以通过浏览器向分布在网络上的许多服务器发出请求。B/S结构极大的简化了客户机的工作。客户机上只需安装、配置少量的客户端软件即可,服务器将担负更多的工作,对数据库的访问和应用程序的执行都将在服务器上完成。
B/S结构的最大优势在于:它可以在任何时间、任何地点、以任何接入方式实现跨平台的网络实时操作;不限定用户使用人数,开发和使用成本都非常低;突出的易用性,客户端采用国际标准化的浏览器,因而客户端免维护、免安装、免开发,这不但节省了内存和存储空间,也节省了开发时间,从而降低了成本,给应用系统的安装、调试、日常维护和升级都带来了极大的便利。
四、网络虚拟实验室的设计
(一)公共模块
在该模块中,系统主要完成的功能:系统提供实验室的一些公告信息,通过实验设备实体的三维展示,使学生对实验设备实体的相关知识有一个直观的了解;学生在该模块可以完成真实实验的预约;教师可提供相应的实验安排信息,提交相应的实验报告模板。
(二)虚拟仿真实验模块
通过本模块,学生应能通过虚拟实验系统,不仅可以按实验教学的计划,完成老师规定的实验,而且能根据自己的想法,设计实验并完成,这要求虚拟实验系统设计应考虑实验的自主性问题,不能规定虚拟实验系统只能按规定的步骤去完成;在该模块还能完成实验相关数据保存,通过保存的数据,学生可通过实验报告模块产生电子的实验报告;教师可以通过仿真系统,调用学生的实验数据,去动态检查学生的实验情况。
(三)实验报告处理模块
在本模块中,学生根据教师提交的实验报告模板,填写相关的内容,实验数据从服务器获取自动添加,并能完成相关数据的处理,实验报告最终提交给服务器;教师通过该模块,下载学生的实验报告进行批阅。针对学生自主实验给出相应的模板,除提交实验数据外,学生还应提交实验设计,实验相关设计图。
构建基于虚拟仪器系统的网络虚拟实验室,使得无论是学生还是教师,都可以自由地、无顾虑地随时上网进入虚拟实验室,操作仪器,进行各种实验。随着虚拟仪器和网络技术的飞速发展,通过网络来构建虚拟实验室已经成为可能,远程教育的学习者通过网络进行远程实验教学已为时不远。
参考文献:
[1]严慧敏,潘文霞.虚拟仪器技术以及在电气试验中的应用.华东电力,2005
[2]刘敏.电工电子虚拟化实验室的研究和设计.北京:北京航空航天大学出版社,2003
[3]张易如,肖啸.虚拟仪器的设计与实现.陕西:西安电子科技大学出版社,2002
作者简介:
安俊霖(1982.8-),男,单位:重庆重邮信科通信技术有限公司
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